DE1575913B2 - Klemmrollen schaltkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine willkürlich ein- und ausrückbare Kupplung zwischen einem treibenden und einem getriebenen, um eine Achse drehbar gelagerten Teil (Welle oder Rad) unter Verwendung einer Klemmrollen-Freilaufkupplung, bei der die Klemmrollen in einem durch eine Feststellvorrichtung anhaltbaren Klemmrollenträger geführt sind. Der Klemmrollenträger kann beispielsweise ein Käfigring (britisches Patent 770 729) oder ein von einer Schaltscheibe gehaltener in eine Achsbohrung der Klemmrolle hineinragender Stift (deutsches Patent 707 923) sein. Durch Relativdrehung des Käfigringes bzw. der Schaltscheibe lassen sich die bekannten Kupplungen ein- und ausrücken. Beim Lösen der Kupplung wird der getriebene Teil angehalten. .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der eingangs genannten Art derart aufzubauen, daß bei gelöster Kupplung sowohl der treibende als auch der getriebene Teil frei weiterlaufen kann. An sich sind zwar Kupplungen, bei denen beide Teile bei gelöster Kupplung frei beweglich sind, bekannt, jedoch verwenden diese Kupplungen axial verschiebbare Kupplungsteile, wie Klauenräder und Kupplungshülsen, wodurch die Baulänge der Kupplung vergrößert wird und die einem beträchtlichen Verschleiß unterworfen sind.

Um die gestellte Aufgabe zu lösen, ohne die genannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, schlägt die Erfindung bei einer Kupplung der eingangs genannten Art vor, daß zwischen der abtriebsseitigen Kupplungshälfte der genannten ersten Klemmrollen-Freilaufkupplung und dem getriebenen Teil eine zweite Klemmrollen-Freilaufkupplung angeordnet ist, deren Mitnahmerichtung der der ersten Freilaufkupplung gleich ist.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, welche sich durch besonders kurze radiale Baulänge auszeichnet, sieht vor, daß die abtriebsseitige Kupplungshälfte der ersten Klemmrollen-Freilaufkupplung und die antriebsseitige Kupplungshälfte der zweiten Klemmrollen-Freilaufkupplung als eine beiden Freilaufkupplungen gemeinsame Scheibe ausgebildet und die beiden Freilaufkupplungen radial ineinander angeordnet sind.

Bei einer anderen besonders günstigen Ausführungsform, deren wesentlicher Vorteil in einem geringen Kupplungsdurchmesser liegt, sind die abtriebsseitige Kupplungshälfte der ersten Klemmrollen-Freilaufkupplung und die antriebsseitige Kupplungshälfte der zweiten Klemmrollen-Freilaufkupplung als eine beiden Freilaufkupplungen gemeinsame Hülse ausgebildet und die beiden Freilaufkupplungen axial nebeneinander angeordnet.

Es ist zwar bereits bekannt, eine Klemmrollen-Freilaufkupplung '""und ein Klemmrollengesperre radial ineinander ^-anzuordnen (britisches Patent 1038 586) sowie eine Klemmrollenkupplung mit einer zum Ausrücken der Hauptkupplung dienenden Klemmrollen-Hilfskupplung baulich zu vereinigen (deutsche Patentschrift 1156 281), jedoch sind diese bekannten Anordnungen zur Lösung der vorliegenden Aufgabe ungeeignet.

Setzt man eine Klemmrollen-Schaltkupplung gemäß der Erfindung in einem Stufengetriebe für den Registrierstreifenantrieb eines Oszillographen, Schreibers oder sonstigen Aufzeichnungsgerätes ein, so kann man die Vorschubgeschwindigkeit des Registrierstreifens sowohl bei laufendem Motor als auch bei laufender Getriebeausgangswelle umschalten. Selbstverständlich kann die Umschaltung auch bei stehendem Motor oder stehender Ausgangswelle erfolgen. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Klemmrollen-Schaltkupplung besteht darüber hinaus darin, daß die Kupplung auch bei umgekehrter Drehrichtung wirksam ist, wenn treibendes und getriebenes Teil ihre Rollen vertauschen. Dieser Vorteil eröffnet bei Stufengetrieben die Möglichkeit der Zwischenschaltung bzw. Überbrückung einzelner Getriebestufen, wodurch die Anzahl der einschaltbaren Geschwindigkeitsstufen erhöht wird.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele der Klemmrollen-Schaltkupplung dargestellt. Dabei zeigt

F i g. 1 einen achsparallelen Schnitt durch eine erste Ausführungsform zur Kupplung einer Welle mit einem Rad und

F i g. 2 den hierzu gehörigen Schnitt senkrecht zur Drehachse in Höhe der Schnittlinie H-II in F i g. 1;

F i g. 3 zeigt einen der F i g. 1 entsprechenden Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Freilaufkupplung, welcher hier zur Kupplung zweier Wellen dient.

Bei der ersten Ausführungsform gemäß der F i g. 1 und 2 sitzt auf der Welle 1 frei drehbar das Kupplungslager 3, mit dem das Zahnrad 5 fest verbunden, beispielsweise aufgeschrumpft, ist. Die Welle 1 und das Zahnrad 5 sind die miteinander zu kuppelnden Teile. Der zwischen der Welle 1 und dem Kupplungslager 3 angeordnete Kupplungsring 2 ist mit keinem dieser beiden Teile starr gekuppelt, sondern in der einen Drehrichtung über zwei wirkungsmäßig hintereinandergeschaltete an sich bekannten Freilaufkupplungen kraftschlüssig kuppelbar. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, wird jeweils in der einen Richtung die Kraft vom treibenden Teil über den Zwischenring auf den anzutreibenden Teil übertragen, während die Kupplung in der anderen Drehrichtung aufgehoben ist, also frei läuft. Nimmt man beispielsweise an, daß die Welle 1 als treibender Teil im Gegenuhrzeigersinn entsprechend dem Pfeil L umläuft, so wird die Rolle 17 in den durch den Außendurchmesser der Welle 1 und die Schrägfläche 18 im Zwischenring 2 gebildeten keilförmigen Einschnitt gedrückt und nimmt infolge ihrer Reibung den Ring 2 mit. In gleicher Weise wird das Drehmoment vom Zwischenring 2 über eine weitere Schrägfläche 13 und eine Rolle 12 auf das Kupplungslager 3 übertragen.

Wird die Welle 1 abgebremst oder übersteigt aus anderen Gründen die Drehzahl des Kupplungslagers 3 diejenige der Welle 1, z. B. weil an Stelle der Welle 1 nunmehr das Zahnrad 5 in Richtung des Pfeiles L von außen angetrieben wird, so lösen sich die Rollen 12 und 17 aus den Klemmkerben, und der Kupplungsteil 3 läuft im Freilauf auf der Welle 1.

Läuft das Kupplungslager 3 bzw. das Zahnrad 5 im Uhrzeigersinn,' also in Richtung des Pfeiles R, als treibender Teil, so nimmt es über die Rolle 12, den Zwischenring 2 und die Rolle 17 die Welle 1 mit. Auch hier läuft die Welle 1 frei, sobald ihre Drehzahl diejenige des Zahnrades 5 übersteigt. Dieser Fall tritt ein, wenn die Welle 1 als treibender Teil in Richtung des Pfeiles R angetrieben wird. Bei beiden möglichen Kraftflußrichtungen sind jeweils bei der einen Drehrichtung des treibenden Teils das treibende und das getriebene Teil miteinander gekuppelt, während

in der anderen Drehrichtung beide Teile unabhängig voneinander frei drehbar sind.

Um die Kupplung auch in der Antriebsrichtung bei Bedarf lösen zu können, ist eine der Klemmrollen 12 und 17 in den durch die Schrägflächen 13 bzw. 18 und die angrenzenden Flächen des Kupplungslagers 3 bzw. der Welle 1 definierten Klemmkerben · nicht frei beweglich, sondern ein von einer um die gemeinsame Drehachse frei drehbaren Ausrückscheibe 8 getragener Stift ragt in eine Achsbohrung der betreffenden Rolle hinein. Das Ausrücken der Kupplung erfolgt dann durch Abbremsen bzw. Anhalten der Ausrückscheibe 8. Zu diesem Zweck ist auf dieser ein Zahnrad 7 mit einem Zahnkranz 11 befestigt, beispielsweise aufgeschrumpft. Sobald die Kupplung gelöst werden soll, wird die Betätigungsspule 23 für die Sperrklinke 21 eingeschaltet. Der ^;! ' Anker 21 wird durch den das Joch 22 durchfließenden Magnetfluß angezogen und greift mit seinem freien Ende in die Verzahnung 11 des Rades 7 ein. Je nachdem, in welche der Rollen 12 und 17 ein von der Abrückscheibe 8 getragener Stift 14 bzw. 19 hineinragt und welche frei beweglich ist, kann sich beim Anhalten der Ausrückscheibe 8 die vom Stift 14 gehaltene Rolle 12 oder die vom Stift 19 gehaltene Rolle 17 nicht mehr um die gemeinsame Drehachse 1 drehen.

Nimmt man wieder an, daß bis dahin die Welle 1 als treibender Teil im Gegenuhrzeigersinn in Richtung des Pfeiles L umläuft, so führt das Festhalten der Rolle 17 durch die Ausrückscheibe 8 dazu, daß die kraftschlüssige Kupplung zwischen der Welle 1 und dem Zwischenteil 2 aufgehoben wird. Der Zwischenring 2 versucht zunächst weiterzulaufen, so daß die Rolle 17 die an der Rückfront der Klemmkerbe eingelegte Feder 20 zusammendrückt, und wenn dies geschehen ist, das weitere Rotieren der Zwischenscheibe 2 verhindert. Dies wiederum hat zur Folge, daß sich die frei bewegliche Rolle 12 aus der durch die Schrägfläche 13 und die Innenwand des Kupplungslagers 3 gebildeten Kerbe löst und gegen die Feder 15 gedrückt wird. Damit ist die Klemmverbindung zwischen den Teilen 2 und 3 aufgehoben, und das Kupplungslager 3 kann im Freilauf in Richtung des Pfeiles L weiterlaufen.

Die Welle 1 und das Kupplungslager 3 sind also nicht mehr miteinander verbunden, sondern können beide unabhängig voneinander frei weiterlaufen. Erst wenn hierbei die Drehzahl des Teils 1 unter diejenige des Teils 3 absinkt, wird letzteres bis auf die Drehzahl des Teils 1 abgebremst.

Durch die Federn 15 und 20 erreicht man eine Beschleunigung des Kupplungsvorgangs, weil die Klemmrollen über diese Federn ständig mit der Zwischenscheibe 2 und der Welle 1 bzw. dem Kupplungslager 3 in Berührung gehalten werden. Die Größe des übertragbaren Drehmoments hängt außer von der Oberflächenbeschaffenheit der sich berührenden Teile, also der Welle, des Zwischenringes, der Klemmrollen und des Kupplungslagers auch von der Größe des Einlauf winkeis zwischen der jeweiligen Schrägfläche 13 bzw. 18 und der gegenüberliegenden Innenwand des Kupplungslagers 3 bzw. Außenwand der Welle 1 ab. Dieser Winkel wird zwischen den Tangenten an die Klemmrolle im Berührungspunkt mit den genannten Flächen bestimmt.

Bei umgekehrter Betriebsweise, d. h. bei im Uhrzeigersinn antreibendem Zahnrad 5, ragt in die Rolle 12 ein von der Ausrückscheibe 8 getragener Stift 14 hinien, und die Rolle 7 läuft frei. Das Blockieren der Klemmrolle 12 führt dann ebenfalls zum Freilauf der Welle 1. Auch hier wird nämlich durch die Rolle 12 zunächst der Zwischenring 2 festgehalten, so daß die weiterlaufende Welle 1 die Rolle 17 gegen die Feder 20 drückt und dadurch die Kupplung zwischen den Teilen 2 und 1 aufgehoben wird. Je nach der gewünschten Übertragungsrichtung der Kupplung ragt jeweils nur in eine der beiden Rollen 12 und 17 ein von der Ausrückscheibe 8 getragener Stift 14 bzw. 19 hinein, während die andere Rolle in der betreffenden Klemmkerbe frei rollen kann.

Die axiale Baulänge der Freilaufkupplung läßt sich, wie ohne weiteres ersichtlich ist, dadurch noch weiter verringern, daß einerseits der Zahnkranz 11 unmittelbar auf die Ausrückscheibe 8 und andererseits der Zahnkranz 9 in Höhe des Zwischenringes 2 auf das Kupplungslager 3 aufgesetzt wird oder Bestandteil dieser Bauteile ist. Eine andere Abwandlung besteht darin, daß an Stelle des Zahnrades 5 eine sich in der Fortsetzung der auf der Welle 1 aufsitzenden Nabe des Kupplungslagers 3 erstreckende Hohlwelle als treibender oder angetriebener Teil dient. Die Klemmkerben 13 und 19 können statt wie gezeigt beide im Zwischenring 2, wahlweise auch an der Welle 1 bzw. im Kupplungslager 3 vorgesehen sein.

Während in den F i g. 1 und 2 die Kupplung zwischen einer Welle und einem Rad angeordnet ist, zeigt Fig. 3 eine Ausführungsform, bei welcher die Kupplung zum lösbaren Verbinden zweier gleichachsiger Wellen 31 und 33 dient. Das mit den beiden Klemmrollen 34 und 39 zusammenwirkende Zwischenteil 32 ist hier hülsenförmig gestaltet und erstreckt sich über die Endteile beider Wellen. Es ist außen umgeben von einem topfförmigen Teil 38, welches im Bedarfsfall in seinem Boden einen Stift 40 für die Rolle 39 halten kann. Fest verbunden mit dem Teil 38 ist die Ausrückscheibe 37, in der im gezeigten Ausführungsbeispiel der Stift 35 für die Klemmrolle 34 befestigt ist. Je nach Kraftflußrichtung ragt auch hier jeweils nur in eine der beiden Rollen 34 und 39 ein vom Ausrückteil 37, 38 gehaltener Stift 35 bzw. 40 hinein, während die andere Rolle frei abrollen kann. Sowohl das Ausrückteil 37, 38 als auch der Zwischenring 32 sind an sich auf den Wellen 31 und 33 frei drehbar. Die Kupplung erfolgt in der gleichen Weise, wie zuvor an Hand der F i g. 1 und 2 beschrieben, über die Klemmrollen 34 und 39 und entsprechende Schrägflächen im Zwischenring 32. Auch das Lösen der Kupplung und der Freilaufbetrieb in Gegenrichtung erfolgen in entsprechender Weise. Die Ausrückscheibe 37 kann mit Hilfe eines Zahnkranzes oder auch auf andere Weise, beispielsweise durch eine Reibungsbremse, festgehalten werden. Auch bei dieser Ausführungsform können als treibender und als getriebener Teil eine Welle und eine Hohlwelle vorgesehen sein. Wie in der Zeichnung gestrichelt angedeutet ist, läßt sich die Welle 31 als Hohlwelle ausbilden, durch die die Welle 36 hindurchragt.

Das Abbremsen des Ausrückteils braucht nicht an dessen äußerem Umfang, sondern kann ebensogut an einer Stirnfläche erfolgen. Die Ausrückteile 8 bzw. 37, 38 sind zweckmäßig mit Haltebohrungen für die Stifte für beide Rollen oder Rollengruppen versehen, in welche je nach Kraftübertragungsrichtung der Kupplung die Stifte entsprechend eingesetzt werden.

Ein wesentlicher Vorteil der neuen Freilaufkupplung liegt in ihren geringen Abmessungen und den gegenüber Magnetkupplungen vergleichbarer Leistungsfähigkeit verringerten Massen. Die neue Freilaufkupplung eignet sich daher besonders als schaltbare Kleinstkupplung für feinmechanische, elektrotechnische und optische Geräte, beispielsweise zur Umschaltung der Antriebsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers in Registriergeräten. Aus Gründen möglichst guter Laufeigenschaften ist es ratsam, die einzelnen aus Klemmrolle und Schrägfläche bestehenden Kupplungselemente gleichmäßig über den Umfang des Zwischenteils zu verteilen, insbesondere dann, wenn mehr als ein solches Kupplungsglied zwischen den einzelnen Teilen vorgesehen ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Willkürlich ein- und ausrückbare Kupplung zwischen einem treibenden und einem getriebenen um eine Achse drehbar gelagerten Teil (Welle oder Rad) unter Verwendung einer Klemmrollen-Freilaufkupplung, bei der die Klemmrollen in einem durch eine Feststellvorrichtung anhaltbaren Klemmrollenträger geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen derabtriebsseitigen Kupplungshälfte (2 bzw. 32) der genannten ersten Klemmrollen-Freilaufkupplung (1, 17, 2 bzw. 33, 34, 32) und dem getriebenen Teil (3 bzw. 31) eine zweite Klemmrollen-Freilaufkupplung (2, 13, 3 bzw. 32, 39, 31) angeordnet ist, deren Mitnahmerichtung der der ersten Freilaufkupplung gleich ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abtriebsseitige Kupplungshälfte der ersten Klemmrollen-Freilaufkupplung und die antriebsseitige Kupplungshälfte der zweiten Klemmrollen-Freilaufkupplung als eine beiden Freilaufkupplungen gemeinsame Scheibe (2) ausgebildet und die beiden Freilaufkupplungen radial ineinander angeordnet sind (F i g. 1 und 2)

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abtriebsseitige Kupplungshälfte der ersten Klemmrollen-Freilaufkupplung und die antriebsseitige Kupplungshälfte der zweiten Klemmrollen-Freilaufkupplung als eine beiden Freilaufkupplungen gemeinsame Hülse (32) ausgebildet und die beiden Freilaufkupplungen axial nebeneinander angeordnet sind (Fig. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen